KR20020083436A - 연마 장치 - Google Patents

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KR20020083436A
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Abstract

본 발명의 연마 장치는 소형의 연마판의 연마면의 형상을 제어할 수 있다. 연마 장치는: 연마판을 지지하는 판홀더와; 연마판과 결합되어 있으며 판홀더에 고정되어 있는 고정 결합 부재와; 고정 결합 부재와 연마판 사이에 구비된 제 1의 O형링과; 판홀더와 연마판 사이에 구비되어 있는 제 2의 O형링과; 연마판, 판홀더와 제 2의 O형링에 의해 둘러싸인 영역으로부터 유체를 공급하고 배출하기 위한 유체 공급-배출 기구를 구비한다. 연마판의 외측 외주면은 고정 결합 부재의 내측 외주면으로부터 분리되어 있다.

Description

연마 장치{Abrasive Machine}
본 발명은 연마 장치에 관한 것으로서, 특히 작업편을 정밀하게 연마하기 위하여 연마판의 연마면의 형상을 제어할 수 있는 연마 장치에 관한 것이다.
연마 장치는 작업편 즉, 반도체 웨이퍼, 유리, 크리스탈과 같은 작업편을 연마, 광택 또는 랩 연마하는데 광범위하게 사용되어 왔다. 종래의 연마 장치가 도 5에 도시되어 있다. 연마판(12)은 판홀더(14)에 의해 지지되어 있고, 판홀더(14)는 베이스(50)상에 구비되어 있다. 연마판(12)은 볼트에 의해 판홀더(14)에 고정되어 있다. 판홀더(14)는 베어링(52)에 의해 회전가능하게 지지되어 있으며, 이 때문에 연마판(12)을 지지하고 있는 판홀더(14)는 베이스(50)에 관하여 회전될 수 있다. 회전축(18)은 판홀더(14)에 고정되어 있으며 구동 기구, 즉 모터에 연결되어 있다. 구동 기구는 연마판(12)과 함께 판홀더(14)를 회전시킨다. 연마판(12)의 상부면(연마면)은 작업편을 연마하도록 연마포(13)로 덮혀 있다.
지지 유니트(30)는 연마판(12)상에 작업편 즉, 반도체 웨이퍼를 지지하고 가압한다. 작업편은 지지 유니트(30)의 흡입판(32)의 바닥면에 흡인되어 지지된다. 지지 유니트(30)와 연마판(12)을 회전시켜서 작업편을 연마할 수 있다. 슬러리는 노즐(34)로부터 연마포(13)에 공급된다.
도면 부호 10은 연마판(12), 연마포(130 및 판홀더(14)를 포함하는 연마 유니트를 나타낸다.
작업편의 표면을 매우 평탄하게 하기 위해서는 연마판(12)의 연마면의 평탄도가 높아야만 한다. 몇몇 경우에, 연마판(12)의 연마면은 작업편에 따라 약간 돌출 또는 함몰되어 있다. 연마판의 연마면의 평탄도를 개선하기 위하여, 연마판의 가공정도는 높게하여야 하며, 연마판의 두께는 두껍게 만들거나 또는 연마판은 단단한 물질로 만들어야 한다. 한편, 연마판의 연마면은 연마판을 냉각시키기 위하여 물의 압력을 조절하므로서 돌출 또는 가압된다.
마찰열은 마찰판의 마찰면과 작업편 사이에서 발생되며, 이 때문에 마찰판은 마찰열에 의해 팽창된다. 마찰판의 열팽창을 방지하기 위하여, 냉각수가 마찰판과 판홀더 사이의 냉각수 통로로 도입된다. 예를 들면, 일본 특허 공보 제10-235552호는 연마판과 판홀더 사이의 냉각수 통로를 통하여 흐르는 냉각수의 압력을 조절하므로서 돌출되는 연마판의 연마면으로 연마 하는 장치가 개시되어 있다. 일본 특허 공보 제11-307486호는 연마면의 형상이 연마판과 판홀더 사이의 튜브를 통하여 흐르는 냉각수의 압력을 조절하여 돌출되는 것을 제어하는 연마장치가 개시되어 있다.
도 6은 판홀더(14)의 상부면내에 형성된 냉각수 통로(40)를 도시한다. 냉각수의 유입구(45)는 판홀더(14)의 중심에 형성된다. 판홀더(14)의 상부면은 6개의 섹터로 분할되고, 지그재그형 냉각수 통로(40)는 각섹터내에 형성된다. 냉각수의 배출구(46)는 각섹터내에 형성된다. 배출구(46)는 유입구(45)와 인접하게 위치된다. 냉각수는 판홀더(14)의 중심으로부터 외측 에지부분으로 흐르고, 그런 다음에 냉각수 통로(40)를 통하여 중심으로 돌아온다. 중심으로 되돌아온 냉각수는 배출구(46)로 배출된다.
도 7은 연마 유니트(10)의 단면을 도시한다. 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 통로(42)와 냉각수를 배출하기 위한 냉각수 통로(44)가 회전축(18)에 형성된다. 냉각수 통로(42, 44)는 분배장치(도시 안됨)를 거쳐 냉각수 공급-배출 기구(도시 안됨)에 연결되어 있다.
도 7에서, 냉각수 통로(40)는 연마판(12)과 판홀더(140 사이에 형성된다.
도 7에서, 냉각수 통로(40)는 연마판(12)과 판홀더(14) 사이에 형성되며, 이 때문에 연마판(12)의 연마면의 형상은 냉각수 통로(40)를 통하여 흐르는 냉각수의 압력을 제어하여 제어할 수 있다. 그러나, 외경이 약 50cm이하의 작은 연마판의 경우에 있어서, 연마면이 잘 변형되지 않으며, 이 때문에 냉각수의 압력을 제어하여 연마면의 형상을 제어하기 곤란하다. 도 7에 도시된 종래의 연마 유니트(10)에 있어서, 연마판(12)과 판홀더(14)는 냉각수 통로 이외에 병합되고, 이 때문에 이는 연마판(12)을 변형시키는 것이 곤란하다.
일본 특허 공보 제10-235552호내에 개시된 연마 장치에 있어서, 냉각수는 연마판과 판홀더의 전체면들 사이로 흐르나, 연마판의 외측 에지는 판홀더에 고정된다. 이러한 구조는 연마판이 변형되기 어렵다.
본 발명은 종래의 연마 장치의 상기한 단점을 해결할 수 있다.
본 발명의 목적은 작업편을 정밀하게 연마하도록 작은 연마판의 연마면의 형상을 제어 할 수 있는 연마 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 연마 장치는:
연마판과;
연마판을 지지하는 판홀더와;
연마판의 외측 에지와 결합하고 있으며, 판홀더에 고정되고 링형상으로 형성되어 있는 고정 결합 부재와;
연마판의 상부면으로부터 고정 결합 부재의 가압면을 분리시키며, 연마판의 상부면과 고정 결합 부재의 가압면 사이에 구비되어 있는 제 1의 O형링과;
연마판의 하부면으로부터 판홀더의 상부면을 분리시키며, 연마판의 하부면과 판홀더의 상부면 사이에 구비되어 있는 제 2의 O형링과;
유체의 압력을 변화시켜 연마판의 연마면의 형상을 변경하며, 연마판의 하부면과, 판홀더와 제 2의 O형링의 상부면에 의해 형성된 영역으로부터 유체를 공급하고 배출하기 위한 유체 공급-배출 기구를 포함하며,
연마판의 외측 외주가 고정 결합 부재의 내측 외주로부터 분리된 것을 특징으로 하는 연마 장치이다.
본 발명의 연마 장치에 있어서, 연마판은 각각 연마판의 양측에 구비되어 있는 제 1 및 제 2 의 O형링과 함께 판홀더에 의해 지지되어 있다. 이러한 구조로는, 연마판이 쉽게 변형되며, 이 때문에 연마면의 형상은 연마판을 냉각하기 위한 유체의 압력을 조절하여 쉽게 제어할 수 있다. 더욱이, 연마판과 판홀더 사이의 영역은 O형링에 의해 단단히 폐쇄되며, 이 때문에 유체 공급-배출 기구에 의해 공급된 유체는 상기 영역내에 완전하게 유지될 수 있다.
연마 장치에 있어서, 연마판의 상부면내의 O형링의 위치는 하부면내의 O형링에 대응한다. 이러한 구조로서, 연마판은 쉽게 변형되며, 이 때문에 연마면의 형상은 용이하게 제어된다.
연마 장치에 있어서, 고정 결합 부재는:
판홀더에 고정된 고정부와;
연마판의 외측 에지를 덮으며 고정 결합 부재의 내측 외주면으로부터 내측으로 연장된 연장부를 포함할 수도 있다.
연마 장치에 있어서, 스텝부는 연마판의 외측 에지에 형성되고, 스텝부는 고정 결합 부재의 연장부에 의해 지지될 수도 있다.
연마 장치에 있어서, 연마판은 세라믹으로 제조할 수도 있다. 세라믹 연마판을 채용하므로서, 연마판의 열변형을 방지할 수 있으며, 연마면의 형상을 연마판을 냉각시키기 위한 유체의 압력을 조정하여 정밀하게 제어 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연마 장치의 연마판과 판홀더를 도시한 단면도.
도 2는 상방으로 돌출된 연마판의 단면도.
도 3은 연마판이 결합되어 있는 고정 결합 부재의 부분 단면도.
도 4는 고정 결합 부재가 결합된 연마판의 평면도.
도 5는 종래의 연마 장치의 분해도.
도 6은 종래의 판홀더의 평면도.
도 7은 종래의 연마판과 판홀더의 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
12 : 연마판14 : 판홀더
20 : 고정 결합 부재42, 44 : 냉각수 통로
48 : 공급-배출 기구
본 발명의 양호한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 연마 장치의 연마판(12)과 판홀더(14)를 도시한 단면도이다. 본 실시예의 연마 장치는 또한 종래의 연마 장치와 같이 반도체 웨이퍼와 같은 작업편을 지지하기 위한 지지 유니트와 연마판(12)과 함께 판홀더(14)를 회전시키기 위한 구동 기구(도시안됨)를 가진다. 더욱이, 연마판을 지지하기 위한 기구는 작업편(도 5 참조)의 한측면을 연마하기 위한 연마 장치 뿐만아니라 래핑 장치와 같은 작업편의 양측면을 연마하기 위한 연마 장치에도 적용할 수 있다.
도 1에 있어서, 연마판(12)은 원형 디스크로 형성되어 있으며 알루미나 세라믹으로 제조되어 있다. 연마판(12)의 외경은 504mm이고, 두께는 20mm이다. 종래의 연마 장치에 있어서, 연마판의 전체 하부면은 볼트에 의해 판홀더에 고정된다. 한편, 본 실시예에 있어서, 고정 결합 부재(20)는 판홀더(14)의 외측 에지에 고정되고, 연마판(12)의 외측 에지는 고정 결합 부재(20)와 결합되며, 이 때문에 연마판(12)은 판홀더(14)에 지지된다.
도 4는 고정 결합 부재(20)에 의해 지지된 연마판(12)의 평면도이다. 연마판(12)의 전체 외측 에지는 고정 결합 부재(20)와 함께 결합되어 있다. 고정 결합 부재(20)는 링 형상으로 형성되어 있으며 고정 폭으로 결합될 수 있다. 고정 결합 부재(20)는 볼트(21)에 의해 판홀더(14)에 고정된다. 고정 결합 부재(20)를 판홀더(14)에 고정하므로서, 연마판(12)의 외측 에지는 고정 결합 부재(20)와 판홀더(14)사이에 클램프되고, 이 때문에 연마판(12)은 판홀더(14)에 의해 지지된다.
도 3은 연마판(12)을 판홀더(14)에 지지하는 고정 결합 부재의 확대 부분 단면도이다. 고정 결합 부재(20)의 단면 형상은 L형이다. 즉, 고정 결합 부재는: 판홀더(14)에 수직적으로 고정된 고정부(20a)와; 고정 결합 부재(20)의 내측 외주면(20c)으로부터 내측으로 연장된 연장부(20b)를 포함한다. 연장부(20b)는 연마판(12)의 외측 에지를 덮는다. 원형 요홈(23a)은 연마판(12)의 상부면(12d)과 대면하는 연장부(20b)의 하부면(20d)내에 형성된다. 제 1의 O 형링(22a)은 원형 요홈(23a)내에 끼워진다. 제 1의 O형링(22a)의 하부 부분은 연장부(20b)의 하부면(20d)으로부터 하방으로 돌출된다.
원형의 스텝부(12a)는 연마판(12)의 상부 에지부를 따라 형성된다. 상부면(12d)의 가장 외측부는 다른 부분보다 낮다. 본 실시예에 있어서, 연마판(12)의 연마면(12c)과 고정 결합 부재(20)의 상부면 사이의 수준차 "h"는 연마판(12)이 고정 결합 부재(20)와 결합되어 있는 상태에서 약 2mm이다.
도 3에 있어서, 원형 요홈(23b)은 판홀더(14)의 상부면(14a)내에 형성된다. 제 2의 O형링(22b)은 원형 요홈(23b)내에 끼워진다. 제 2의 O형링(22b)의 상부 부분은 판홀더(14)의 상부면(14a)으로부터 상방으로 돌출된다.
본 실시예에 있어서, 연마판(12)의 상부면(12d)상에서 제 1의 O형링(22a)의 위치는 하부면상에서의 제 2의 O형링(22b)에 대응한다. 즉, 제 1 및 제 2의 O형링(22a, 22b)의 접촉 위치는 수직선(VL)상에 있게 된다. 이러한 구조로서, 연마판(12)의 상부 부분과 하부 부분은 같은 위치에 지지된다.
제 1의 O형링(22a)의 하부 부분과 제 2의 O형링(22b)의 상부 부분이 각각 연장부(20)의 하부면(20d)과 판홀더(14)의 상부면(14a)으로부터 돌출되기 때문에, 연마판(12)은 면(20d, 14a)과 접촉되지 않고 O형링(22a, 22b)에 의해 클램프된다.
연마면(12)의 외측 외주면(12b)은 고정 결합 부재(20)의 내측 외주면(20c)으로부터 분리된다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 연마판(12)은 O형링(22a, 22b)에 의해 클램프되고 지지되며, 연마면(12)의 외측 외주면(12b)은 고정 결합 부재(20)의 내측 외주면(20c)으로부터 분리된다. 본 실시예에 있어서, O형링(22a, 22b)만이 연마판(12)과 접촉한다.
연마판(12)이 판홀더(14)에 부착될 때, 우선 제 2의 O형링(22b)이 판홀더(14)의 원형 요홈(23b)내에 끼워지고, 연마판(12)이 판홀더(14)에 장착된다.다른 한편, 제 1의 O형링(22a)은 고정 결합 부재(20)의 원형 요홈(23a)내에 끼워진다. 그런 다음에, 고정 결합 부재(20)는 위치를 조정하여 판홀더(14)에 부착된다. 최종적으로, 고정 결합 부재(20)는 볼트(21)에 의해 판홀더(14)에 고정된다.
연마판(12)이 판홀더(14)에 장착될 때, 연마판(12)의 위치는 고정 결합 부재(20)의 내측 외주면(20c)으로부터 연마면(12)의 외측 외주면(12b)을 분리하도록 조정된다.
연마판(12)을 도 1에 도시된 바와 같이 지지하므로서, O형링(22a, 22b)만이 연마판(12)의 상부면과 하부면과 접촉된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 유체 통로(40)는 판홀더(14)의 상부면내에 형성된 요홈이다. 본 실시예에 있어서, 유체 통로(40)를 포함하는 영역은 연마판(12)의 하부면과, 판홀더(14)의 상부면과, O형링(22a, 22b)에 의해 둘러싸이며, 이 때문에 유체, 즉 냉각수가 그 영역으로 도입된다. 유체는 유체 통로(40)내를 잘 유동하나, 유체 압력은 그 영역내에 균일하게 적용된다. 그러므로, 유체 통로(40)는 생략할 수도 있다.
회전축(18)은 판홀더(14)와 연마판(12)을 회전지지한다. 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 통로(42)와 냉각수를 배출하기 위한 냉각수 통로(44)는 회전축(18)에 형성된다. 냉각수 통로(42, 44)는 냉각수를 공급하고 배출하는 냉각수 공급-배출 기구(48)에 연결되어 있다. 이러한 구조로서, 냉각수 공급-배출 기구(48)는 연마판(12)과, 판홀더(14)와, 제 2의 O형링(22b)에 의해 둘러싸이는 영역과 연통된다. 냉각수 공급-배출 기구(48)는 상기 영역내의 냉각수의 압력(유체 압력)을 조절할 수 있다.
도 1에 있어서, 냉각수 공급-배출 기구(48)는 상기 영역에 냉각수를 공급 및 배출한다. 상기 영역내의 냉각수의 압력은 0 kPa 이다. 냉각수의 압력이 적용되지않기 때문에, 연마판(12)의 연마면(12c)은 약간 함몰된다. 본 실시예에 있어서, 외측 에지에 대하여 연마면(12c)의 중심에서의 함몰 깊이는 70㎛이다.
한편, 상기 영역내에서 냉각수의 압력이 100kPa이 될때까지 증가하는 경우에, 연마판(12)의 연마면(12c)은 약간 돌출된다. 본 실시예에 있어서, 외측 에지에 대하여 연마면(12c)의 중심에서의 돌출 높이는 10㎛이다.
도 2에서, 연마판(12)과, 판홀더(14)와, 제 2의 O형링(22b)에 의해 둘러싸인 영역내의 냉각수의 압력은 증가한다. 상기 영역내에서의 압력의 증가에 의해, 연마판(12)은 상방으로 휘며, 이 때문에 연마면(12c)은 상방으로 돌출된다.
상기한 바와 같이, 연마판(12)은 세라믹으로 제조된다. 그러므로, 연마판(12)의 연마면(12c)의 형상은 상기 영역내에서 냉각수 압력을 조절하여 제어할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 연마판(12)은 외경이 504mm의 작은 연마판이다. 통상적으로, 냉각수의 압력을 조절하여 작은 연마판을 변형시키는 것은 곤란하다. 본 실시예에 있어서, 오직 O형링(22a)만이 작은 연마판(12)의 상부면(12d)과 하부면(12e)과 접촉하며, 연마판(12)의 외측 외주면(12b)은 고정 결합 부재(20)로부터 분리되고, 작은 연마판(12)의 연마면의(12)의 형상을 효율적으로 제어할 수 있다.
제 2의 O형링(22b)은 상기 영역을 방수가 되도록 밀봉하고, 그 내부로 냉각수가 공급되며, 제 1의 O형링(22a)과 연마판을 클램프한다. 연마판(12)을 클램핑하고 있는 O형링(22a, 22b)이 탄성 물질로 제조되기 때문에, 연마판(12)은O형링(22a, 22b)에 의해 탄성적으로 지지된다. 상기한 바와 같이, 오직 O형링(22b)이 연마판(12)과 접촉하고 있기 때문에 O형링(22a, 22b)은 지점으로서의 역할을 한다. 또한, 연마판(12)이 O형링(22a, 22b)에 의해 탄성적으로 지지되어 있기 때문에 연마판(12)이 쉽게 변형될 수 있다.
O형링(22a, 22b)이 연마판(12)의 외측 에지를 따라 배열되고, 연마판(12)과, 판홀더(14)와, O형링(22b)에 의해 둘싸인 영역이 하나의 공간으로 폐색된다. 이러한 구조로, 연마판(12)의 연마면(12c)은 상기 영역내에서 냉각수 압력을 조절하여 중심에 관하여 대칭적으로 돌출 또는 함몰될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 연마판(12)은 O형링(22a, 22b)에 의해서만 지지되며, 영역내에서의 냉각수의 압력은 조절된다. 그러므로, 연마판(12)의 연마면(12c)의 형상은 제어할 수 있다. 본 실시예의 연마 장치에 있어서, 지지 유니트(30)에 의해 지지되어 있는 작업편은 도 5에 도시된 종래의 장치와 같이 연마판(12)상에 가압된다. 연마판(12)에 적용되는 지지 유니트(30)의 압력은 약 30kPa이며, 이는 영역내의 냉각수의 압력보다 많이 낮은 것이다. 즉, 지지 유니트(30)의 압력은 연마판(12)의 변형에 악영향을 미치지 않는다.
상기한 실시예에 있어서, 연마판(12)이 세라믹으로 제조되나, 본 발명의 연마판은 세라믹에 한정되는 것은 아니다. 그러나, 세라믹 연마판을 사용하는 경우, 연마판의 열변형 및 열팽창은 작업편과 연마판의 연마포 사이에서 마찰열에 의해 발생되지 않는다.
연마판의 연마면의 형상은 센서에 의해 연마면의 형상을 감지하여 영역내에서의 냉각수의 압력을 조절하여 제어할 수 있다.
본 발명은 본 발명의 기술 사상이나 본질로부터 벗어남이 없이 다른 특정 실시예로 실시할 수도 있다. 그러므로 본 발명은 모든 실시예는 예증적인 것이지 한정하고자 함은 아니며, 본 발명의 기술사상은 첨부된 특허청구범위에 기재되어 있으며 이에 변경 또는 수정을 하여도 본 발명에 포함된다.
이상 설명한바와 같은 본 발명의 연마 장치는 작업편을 정밀하게 연마하도록 작은 연마판의 연마면의 형상을 제어 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 연마 장치에 있어서,
    연마판과;
    연마판을 지지하는 판홀더와;
    연마판의 외측 에지와 결합하고 있으며, 판홀더에 고정되고 링형상으로 형성되어 있는 고정 결합 부재와;
    연마판의 상부면으로부터 고정 결합 부재의 가압면을 분리시키며, 연마판의 상부면과 고정 결합 부재의 가압면 사이에 구비되어 있는 제 1의 O형링과;
    연마판의 하부면으로부터 판홀더의 상부면을 분리시키며, 연마판의 하부면과 판홀더의 상부면 사이에 구비되어 있는 제 2의 O형링과;
    유체의 압력을 변화시켜 연마판의 연마면의 형상을 변경하며, 연마판의 하부면과, 판홀더와 제 2의 o형링의 상부면에 의해 형성된 영역으로부터 유체를 공급하고 배출하기 위한 유체 공급-배출 기구를 포함하며,
    연마판의 외측 외주가 고정 결합 부재의 내측 외주로부터 분리된 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마판의 상부면내의 상기 제 1의 O형링의 위치는 상기 연마판의 하부면내의 상기 제 2의 O형링의 위치에 대응하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정 결합 부재는:
    상기 판홀더에 고정되어 있는 고정부와;
    상기 연마판의 외측 외주를 덮고 상기 고정 결합 부재의 내측 외주면으로부터 내측으로 연장된 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    스텝부가 상기 연마판의 외측 에지내에 형성되고, 스텝부는 상기 고정 결합 부재의 연장부에 의해 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마판은 세라믹으로 제조된 것을 특징으로 하는 연마 장치.
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